In fisica delle particelle, i mesoni sono un gruppo di particelle subatomiche composte da un numero pari di quark e antiquark (solitamente una coppia) legati dalla forza forte.
Sono particelle instabili e decadono tipicamente in fotoni o in leptoni. I quark e gli antiquark costituenti possono essere omogenei o di tipo diverso (ad es. cc o ud).
Il primo mesone venne teorizzato nel 1935 da Hideki Yukawa come mediatore dell'interazione forte fra nucleoni e fu poi identificato sperimentalmente nel 1947 nei raggi cosmici (mesone Pi). Da allora numerosi mesoni sono stati osservati sperimentalmente, in particolare in esperimenti con acceleratori di particelle, e/o teorizzati come mediatori di processi di interazione forte.
Il termine mesone nacque storicamente per indicare particelle con massa intermedia fra l'elettrone e il protone.
Origine del nome
Il nome mesone deriva con riferimento alla loro massa, che è intermedia tra quella dei barioni (maggiore) e quella dei leptoni (minore). Inizialmente il fisico Yukawa, premio Nobel che per primo condusse studi approfonditi sull'argomento, scelse il nome «mesotrone», in rima con quello del neutrone o dell'elettrone, ma Heisenberg corresse poi in «mesone», facendo notare che nel termine greco (méson) quel "tr" non c'è. Il nome neutrone, infatti, deriva dal latino (neuter o neutralis) e in greco non c'è un nome somigliante con quel significato (neutro ). Il termine "mesotrone", che alcuni inizialmente adottarono, è ormai del tutto obsoleto.
Caratteristiche
I mesoni fanno parte della famiglia degli adroni e avendo spin intero sono bosoni. I mesoni più leggeri agiscono a livello effettivo come mediatori della forza forte fra i nucleoni a brevi distanze e più in generale svolgono un ruolo nei processi di interazione forte. Poiché sono composti da quark, interagiscono con altre particelle sia tramite la forza debole che quella forte. I mesoni che hanno una carica elettrica netta partecipano anche all'interazione elettromagnetica a grandi distanze.
I mesoni sono classificati secondo il loro contenuto in quark, il momento angolare totale, la parità e la coniugazione di carica. In base al contenuto di quark e alla simmetria di sapore, i mesoni sono divisi in multipletti di masse quasi degeneri. Ad esempio i tre pioni con carica elettrica positiva, negativa e neutra individuano un tripletto di isospin in cui le masse differiscono solo di circa il 3%.
Mentre nessun mesone risulta stabile, quelli di massa inferiore hanno comunque una vita media più lunga che li rende più facili da osservare nei raggi cosmici e da studiare negli acceleratori di particelle. Alcuni mesoni hanno una massa molto inferiore ai barioni, l'altro grande gruppo di adroni, e per questo motivo sono prodotti in grandi quantità nelle collisioni ad alta energia fra i nucleoni impiegate negli esperimenti moderni. Per esempio, il quark charm per la prima volta fu osservato nel mesone J/Psi (J/ψ) nel 1974,J.J. Aubert et al. (1974)J.E. Augustin et al. (1974) e il quark bottom nel mesone upsilon (ϒ) nel 1977.S.W. Herb et al. (1977)
Non tutti i mesoni hanno una corrispondente antiparticella (antimesone), dove i quark sono sostituiti dai loro corrispondenti antiquark e viceversa. Ad esempio, un pione positivo (π+) è costituito da un quark up e un antiquark down; e la sua antiparticella corrispondente, il pione negativo (π⁻), è costituita da un antiquark up e un quark down. Il pione neutro π0 è invece costituito da una miscela simmetrica di quark ed antiquark, sicché l'antiparticella del π0 è il π0 stesso.
Lista dei mesoni Le tabelle elencano tutti i mesoni pseudoscalari (JP = 0−) e vettori (JP = 1−), sia osservati che solo previsti a livello teorico.
I simboli riportati sono: I (isospin), J (operatore momento angolare totale), P (parità), C (parità C), G (parità G), u (quark up), d (quark down), s (quark strange), c (quark charm), b (quark bottom), Q (carica), B (numero barionico), S (stranezza), C (charmness), e B′ (bottomness), oltre a numerose particelle subatomiche.
Per le antiparticelle corrispondenti è sufficiente modificare i quark in antiquark, mutando i segni di Q, B, S, C, e B′. Le particelle con il simbolo † accanto al nome sono state previste dal modello standard ma non sono ancora state osservate. I valori contrassegnati in rosso non sono stati fermamente stabiliti tramite esperimenti, ma sono previsti dal modello a quark e sono coerenti con le misure.
Mesoni pseudoscalari + Mesoni pseudoscalariNomedellaparticella Simbolodellaparticella Simbolodell'antiparticellaQuarkcontenuti Massa a riposo (MeV/c2)IGJPCSCB' Vita media (s)Comunemente decade in (>5% di decadimento) PioneC. Amsler et al. (2008): π+ π- ud 139,57018 ± 0,00035 1− 0− 0 0 0 2,6033 ± 0,0005×10−8 μ+ + νμ PioneC. Amsler et al. (2008): π⁰ Lo stesso [a] 134,9766 ± 0,0006 1− 0−+ 0 0 0 8,4 ± 0,6×10−17 γ + γ Mesone etaC. Amsler et al. (2008): η Lo stesso 547,853 ± 0,024 0+ 0−+ 0 0 0 5,0 ± 0,3×10−19 [b] γ + γ oπ⁰ + π⁰ + π⁰ oπ+ + π⁰ + π⁻ Mesone eta primoC. Amsler et al. (2008): η′ (958) Lo stesso [a] 957,66 ± 0,24 0+ 0−+ 0 0 0 3,2 ± 0,2×10−21 [b] π+ + π⁻ + η o(ρ⁰ + γ) / (π+ + π⁻ + γ) o π⁰ + π⁰ + η Mesone eta charmedC. Amsler et al. (2008): ηc(1S) Lo stesso cc 2980,3 ± 1,2 0+ 0−+ 0 0 0 2,5 ± 0,3×10−23 [b] Mesone eta bottomC. Amsler et al. (2008): ηb(1S) Lo stesso bb 9300 ± 40 0+ 0−+ 0 0 0 Sconosciuta KaoneC. Amsler et al. (2008): K+ K⁻ us 493,677 ± 0,016 1/2 0− 1 0 0 1,2380 ± 0,0021×10−8 μ+ + νμ oπ+ + π⁰ oπ⁰ + e+ + νe oπ+ + π⁰ KaoneC. Amsler et al. (2008): K⁰ K⁰ ds 497, 614 ± 0,024 1/2 0− 1 0 0 [c] [c] Kaone breveC. Amsler et al. (2008): K⁰S Lo stesso [e] 497,614 ± 0,024 [d] 1/2 0− (*) 0 0 8,953 ± 0,005×10−11 π+ + π⁻ oπ⁰ + π⁰ Kaone lungoC. Amsler et al. (2008): K⁰L Lo stesso [e] 497,614 ± 0,024 [d] 1/2 0− (*) 0 0 5,116 ± 0,020×10−8 π± + e∓ + νe oπ± + μ∓ + νμ oπ⁰ + π⁰ + π⁰ oπ+ + π⁰ + π⁻ Mesone DC. Amsler et al. (2008): D+ D⁻ cd 1869,62 ± 0,20 1/2 0− 0 +1 0 1,040 ± 0,007×10−12 Mesone DC. Amsler et al. (2008): D⁰ D⁰ cu 1864,84 ± 0,17 1/2 0− 0 +1 0 4,101 ± 0,015×10−13 Mesone D strangeC. Amsler et al. (2008): D+s D⁻s cs 1968,49 ± 0,34 0 0− +1 +1 0 5,00 ± 0,07×10−13 Mesone BC. Amsler et al. (2008): B+ B⁻ ub 5279,15 ± 0,31 1/2 0− 0 0 +1 1,638 ± 0,011×10−12 Mesone BC. Amsler et al. (2008): B⁰ B⁰ db 5279,53 ± 33 1/2 0− 0 0 +1 1,530 ± 0,009×10−12 Mesone B strangeC. Amsler et al. (2008): B⁰s B⁰s sb 5366,3 ± 0,6 0 0− −1 0 +1 1,470+0,026×10−12 1,470−0,027×10−12 Mesone B charmedC. Amsler et al. (2008): B+c B⁻c cb 6276 ± 4 0 0− 0 +1 +1 4,6 ± 0,7×10−13 [a] Costituzione (makeup) inesatta a causa delle masse "diverse da zero" dei quark.[b] Il PDG riporta la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione di τ = ħ/Γ.[c] Autostato (eigenstate) forte. Nessuna durata di vita definita[d] La massa di K⁰L e di K⁰S sono date come quella di K⁰. Tuttavia, si sa che esiste una differenza tra le masse di K⁰L e K⁰S dell'ordine di 2,2×10−11 MeV/c2.[e] Autostato debole. La composizione viene a mancare del piccolo termine della violazione del CP.
Mesoni vettori
+Mesoni vettoriNomedellaparticella Simbolodellaparticella SimbolodellaantiparticellaQuarkcontenuti Massa a riposo (MeV/c2)IGJPCSCB' Vita media (s)Comunemente decade in (>5% di decadimenti) Mesone rho chargedC. Amsler et al. (2008): ρ+(770) ρ⁻(770) ud 775,4 ± 0,4 1+ 1− 0 0 0 ~4,5×10−24 [f][g] π+ + π⁰ Mesone rho neutro ρ⁰(770) Lo stesso 775,49 ± 0,34 1+ 1−− 0 0 0 ~4,5×10−24 [f][g] π+ + π⁻ Mesone omegaC. Amsler et al. (2008): ω(782) Lo stesso 782,65 ± 0,12 0− 1−− 0 0 0 7,75 ± 0,07×10−23 [f] π+ + π⁰ + π⁻ o π⁰ + γ Mesone phiC. Amsler et al. (2008): φ(1020) Lo stesso ss 1019,445 ± 0,020 0− 1−− 0 0 0 1,55 ± 0,01×10−22 [f] K+ + K⁻ o K⁰S + K⁰L o (ρ + π) / (π+ + π⁰ + π⁻) J/PsiC. Amsler et al. (2008): J/ψ Lo stesso cc 3096,916 ± 0,011 0− 1−− 0 0 0 7,1 ± 0,2×10−21 [f] Mesone upsilonC. Amsler et al. (2008): ϒ(1S) Lo stesso bb 9460,30 ± 0,26 0− 1−− 0 0 0 1,22 ± 0,03×10−20 [f] KaoneC. Amsler et al. (2008): K∗+ K∗⁻ us 891,66 ± 0,026 1/2 1− 1 0 0 ~7,35×10−20 [f][g] Kaone K∗0 K∗0 ds 896,00 ± 0,025 1/2 1− 1 0 0 7,346 ± 0,002×10−20 [f] Mesone DC. Amsler et al. (2008): D∗+(2010) D∗⁻(2010) cd 2010,27 ± 0,17 1/2 1− 0 +1 0 6,9 ± 1,9×10−21 [f] D⁰ + π+ oD+ + π⁰ Mesone DC. Amsler et al. (2008): D∗0(2007) D∗0(2007) cu 2006,97 ± 0,19 1/2 1− 0 +1 0 >3,1×10−22 [f] D⁰ + π⁰ o D⁰ + γ Mesone D strangeC. Amsler et al. (2008): D∗+s D∗⁻s cs 2112,3 ± 0,5 0 1− +1 +1 0 >3,4×10−22 [f] D∗+ + γ o D∗+ + π⁰ Mesone BC. Amsler et al. (2008): B∗+ B∗⁻ ub 5325,1 ± 0,5 1/2 1− 0 0 +1 Sconosciuta B+ + γ Mesone B B∗0 B∗0 db 5325,1 ± 0,5 1/2 1− 0 0 +1 sconosciuta B⁰ + γ Mesone B strangeC. Amsler et al. (2008): B∗0s B∗0s sb 5412,8 ± 1,3 0 1− −1 0 +1 Sconosciuta B⁰s + γ Mesone B charmed † B∗+c B∗⁻c cb Sconosciuta 0 1− 0 +1 +1 Sconosciuta Sconosciuti [f] Il PDG riporta la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione di τ = ħ/Γ.[g] L'esatto valore dipende dal metodo usato. Vedi la sezione dei riferimenti per ulteriori dettagli.
Note
Bibliografia
Voci correlate
Bosone vettore Bosone (fisica) Bosone pseudoscalare Bosoni vettori assiali Fisica delle particelle elementari Kaone Lista delle particelle Mesone rho Mesone omega Pione Tetraquark
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Collegamenti esterni
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Categoria:Mesoni